Чешские спутники нового поколения способны фиксировать угасание далеких звезд и гамма-всплески

Совсем недавно в Чешской Республике вспоминали 40-летие с момента сгорания в атмосфере первого чехословацкого спутника Magion. Сегодня чешские ученые принимают участие в ряде совместных проектов, связанных с запуском различных спутников. Один из них – наноспутник GRBAlpha, успешно обнаруживающий гамма-всплески и составляющий карту частиц на низкой орбите. К старту готовится и еще один чешский спутник – VZLUSAT2, способный фиксировать угасание далеких звезд. 

наноспутник GRBAlpha | Фото: Roskosmos

22 марта с космодрома Байконур в Казахстане стартовала ракета «Союз-2.1а», которая вывела на орбиту в общей сложности 38 спутников. Одним из них стал небольшой спутник в форме куба размером 10 x 10 x 11 сантиметров и весом около 1,3 килограмма, который вот уже полгода вращается вокруг Земли по полярной орбите на высоте около 550 километров. За миссией CubeSat GRBAlpha стоят компании и ученые из Чехии, Словакии, Венгрии и Японии. После полугода на орбите становится ясно, что этот маленький куб способен творить великие дела. Он может обнаруживать излучение, сопровождающее коллапс очень массивных вращающихся звезд или столкновения нейтронных звезд в форме гамма-всплесков, что до сих пор было полем деятельности больших спутников.

Норберт Вернер | Фото: Masarykova univerzita v Brně

«С начала исследований нам удалось стать свидетелями трех гамма-всплесков. Первый мы зафиксировали 7 августа. Второй последовал две недели спустя, и на прошлой неделе мы смогли обнаружить третий. Я даже не мог надеяться на такие результаты с нашим первым спутником. Это первый наноспутник, обнаруживший гамма-всплеск. Ни одному CubeSat размера 1U такого еще не удавалось. Гамма-всплески – относительно обычное явление. Они появляются примерно два раза в день, но не каждый из них достаточно яркий, чтобы уловить его с помощью такого маленького спутника. Кроме того, это должно происходить в «правильной» части неба. Гамма-всплески, которые мы зафиксировали, такие четкие, что мы их видим даже с края наблюдаемой вселенной. Как только мы зафиксируем такую вспышку, мы можем обратить внимание других астрономов, чтобы они направили туда свои телескопы и могли изучать довольно отдаленную часть вселенной», - не скрывает радости астрофизик Норберт Вернер, который работает на кафедре Теоретической физики и астрофизики факультета Естественных наук Университета Масарика в Брно, исследователи которого отвечают за оценку научных данных, полученных спутниками.

Наноспутник GRBAlpha | Фото: Norbert Werner,  Masarykova univerzita v Brně

Связь обеспечивают ученые из Технологического университета Брно, но в процессе участвуют и радиолюбители из Японии, они помогают загружать данные во время полетов. По словам Вернера, спутник превзошел ожидания создателей, которые хотели в первую очередь проверить, как технология работает на орбите.

По словам Норберта Вернера, последний гамма-всплеск, обнаруженный GRBAlphа, попадает в категорию так называемых коротких всплесков: «Они происходят при столкновении нейтронных звезд. Эти столкновения создают элементы тяжелее железа, поскольку в процессе эволюции звезд образуются различные элементы вплоть до железа. Более тяжелые элементы появляются в результате взрывов сверхновых или столкновений нейтронных звезд, где также возникают гравитационные волны», - разъясняет ученый.

Наноспутник GRBAlpha | Фото: Norbert Werner,  Masarykova univerzita v Brně

Спутник подготовили к запуску специалисты Авиационного факультета Технического университета в Кошице. Его ключевым элементом является тонкий детектор, расположенный на поверхности и занимающий одну из стенок спутника. Устройство было разработано и испытано в Университете Хиросимы и обсерватории Конкоя в Будапеште. В нем находятся кремниевые фотодетекторы, которые, по словам Норберта Вернера, еще не использовались в космосе, поэтому ученые беспокоились о том, какое влияние на их чувствительность за время, проведенное на орбите, окажут на них протонные удары.

«Это технология японской компании Hamatsu. Одной из целей миссии было проверить, как кремниевые фотодетекторы работают. Если окажется, что хорошо, их можно будет использовать в более крупных и гораздо более дорогих миссиях. Когда в кристалл попадает в гамма-фотон, в нем образуются оптические фотоны. Поэтому его необходимо обернуть каким-нибудь светоотражающим материалом. В конце кристалла мы разместили небольшие кремниевые детекторы для обнаружения оптического света, который образуется в кристалле после попадания в него гамма-фотона», - объясняет Норберт Вернер.

Почти как NASA

Фото: NASA

Теперь ученые хотели бы использовать ту же технологию на более крупном наноспутнике, в котором будет находиться в общей сложности четыре детектора гамма-излучения. Исследователи подсчитали, что если они поместят два детектора друг на друга и закроют две стороны CubeSat размера 3U, тем самым они достигнут чувствительности, сравнимой с чувствительностью детектора на большом спутнике Fermi космического агентства NASA.

За целым проектом стоит идея, которая пришла в голову Норберту Вернеру и его венгерскому коллеге Андрашу Палу в 2016 году, когда они размышляли о том, как можно использовать в астрофизике небольшие и относительно дешевые спутники CubeSat, которые часто выводят ракеты на орбиту в качестве второстепенного груза. Вскоре они обнаружили, что одновременно несколько научных групп в мире готовят наноспутники для отслеживания гамма-всплесков. По словам Вернера, результатом их сотрудничества могла бы стать система таких спутников по всей планете: «GRBAlpha называется «альфой», потому что его задача заключалась в проверке концепции детектора. Но наша главная цель – создать сеть таких наноспутников, которые охватили бы все небо и могли бы определять местонахождение всплесков гамма-излучения», - планирует Вернер.

Один большой спутник способен увидеть только часть неба. Когда же спутники CubeSat будут равномерно распределены по орбите, можно будет обнаруживать все гамма-всплески, поскольку покрыто будет все небо. Сегодня ни одна миссия не способна это сделать. Если же работает от 10 до 20 спутников, становится возможным измерить разницу во времени между обнаружениями данной вспышки. По этим отклонениям с помощью триангуляции можно определить положение вспышки на небе.

Чешский спутник тоже празднует успех

VZLUSAT-2 | Фото: VZLU

Вскоре должен выйти на орбиту и еще один детектор гамма-излучения от тех же создателей с немного более крупным спутником VZLUSAT2 Научно-исследовательского и испытательного авиационного института. После ряда задержек ракета могла бы вывести его на орбиту уже в конце этого года. VZLUSAT2 должен продолжить успешную миссию чешского спутника VZLUSAT1, который отправлял данные с орбиты более четырех лет, что является относительно большим сроком для такого небольшого спутника.

VZLUSAT-2 | Фото: VZLU

«По сей день он полностью функционален и является самым долгоживущим чешским космическим объектом. Помимо прочего, ему удалось собрать полную радиационную карту земного шара. При создании этого спутника наша исследовательская группа была очень педантична и проявила недюжинные способности. По прошествии такого долгого времени стандартный CubeSat больше не может вещать, и все, что его ожидает – это сгорание в атмосфере. В новом спутнике мы используем базовые вещи из VZLUSAT1. VZLUSAT2 состоит всего из трех «кубиков». Помимо упомянутого детектора гамма-излучения, он также располагает оптическими системами для наблюдения за Землей, усовершенствованными устройствами для измерения излучения и других явлений и системой точного контроля положения спутника», - описывает Юрай Дудаш, возглавляющий Отдел спутниковых систем Исследовательского и испытательного авиационного института.

Сейчас спутник VZLUSAT2 находится в США и готовится к новой интеграции. Он должен отправиться в космос с ракетой Space X Falcon 9. Стартовое окно для ракеты, которая вынесет чешский спутник на высоту 550 километров, будет открыто с 1 декабря.